AI반도체 수요 대응 비상…삼성전자 기회 얻을지 관심
이인준 기자 = 대만 TSMC가 추진 중인 AI(인공지능) 반도체의 첨단 패키징 설비 확대가 난관에 빠졌다.
TSMC가 설비 용량 확대 차원에서 추진 중인 신규 공장 건립이 돌연 중단된 것으로, 경쟁사인 삼성전자 입장에선 추격의 전기를 마련할 수 있을지 주목된다.
20일 업계에 따르면 대만 TSMC의 반도체 패키징 공장 신설 부지 중 한 곳에서 고대 유물이 발견돼 공사가 중단됐다.
TSMC는 대만 서남부 자이현 타이바오 지역에 12㏊(헥타르·1만㎡) 규모로 '칩 온 웨이퍼 온 서브스트레이트'(CoWos)라는 최첨단 제조공정을 이용하는 패키징 공장 2개를 지을 계획이었다.
당초 계획에는 지난 5월 착공하는 것이 목표였지만, TSMC는 대만 문화유산 관련 규제에 따라 이달 초부터 건설을 진행하지 못하고 있다.
CoWos 기술은 서로 다른 칩을 기판 위에 수평 연결해 마치 한 몸처럼 동작하도록 하는 패키징(포장) 기술이다. 기존 패키징 기술보다 집적도가 더 높아져 속도나 전력 성능 향상은 물론 공간도 절약된다.
엔비디아 GPU가 여전히 수급난을 겪는 것은 TSMC의 핵심 기술인 CoWoS의 공급 제약 때문으로 알려졌다. TSMC는 지난해 말 기준 CoWoS 설비 용량은 웨이퍼(원판) 환산 기준 월 1만5000장으로, 올해 이를 3만5000장 이상으로 늘리기로 했다.
하지만 이번 유물 발견 때문에 신공장 건설 일정이 한참 뒤로 밀릴 수 있다는 관측이 나온다. 대만 언론에 따르면 이 공장은 앞으로 TSMC의 3차원 패키징 기술인 SoIC(System-on-Integrated-Chips)가 도입되는 전략적 의미가 남다르다. TSMC는 곧바로 2공장 건설 준비에 들어갈 것으로 알려졌다.
◆삼성전자, 첨단 패키징 기술 현 주소는
업계에 따르면 첨단 패키징 기술은 TSMC와 삼성전자의 경쟁력 격차가 가장 뚜렷한 부분 중 하나다.
삼성전자는 TSMC보다 먼저 3나노 공정을 개발했지만, 고객사 확보 경쟁에서는 고배를 마셨다. 애플뿐 아니라 엔비디아, AMD, 인텔, 퀄컴, 미디어텍, 구글 등이 TSMC와 3나노 공정에서 협력하고 있어서다. 일부에선 삼성전자가 첨단 패키징 분야에서 TSMC보다 기술력이 떨어지기 때문에 고객사를 뺏기는 것이라는 얘기까지 나온다.
그동안 패키징 기술은 하청을 주는 것이 일반적이었지만, TSMC는 제조와 패키징을 한 곳에서 할 수 있다는 관리의 편의성을 앞세워 고객사들을 묶어두고 있다. 패키징 기술 때문에 전 세계 반도체 기업들이 TSMC에 제조를 맡긴다는 해석까지 나올 정도다.
삼성전자도 하반기 2세대 3나노 공정 양산에 들어가는 한편, 첨단 패키징 기술에도 전력 투구하고 있다.
이르면 올해 GPU 위에 HBM(고대역폭메모리)를 적층할 수 있는 '3차원(3D) 패키징' 기술인 'SAINT-D(세인트-D)'도 출시할 방침이다. 현재 삼성전자는 이 기술의 실증(PoC) 절차를 진행 중이다.
3D 패키징 기술은 여러 개 작은 다이(회로가 제작된 사각형 조각)로 제작해 합치기 때문에, 칩을 수평으로 놓고 연결할 때보다 제조 수율을 더 높일 수 있다. 또 AI 반도체 하나당 들어가는 HBM이 앞으로 12개 이상으로 늘어날 예정인데, 제품 크기를 무한정 늘어나게 둘 수 없어 3차원 패키징 전환이 불가피하다.
이에 따라 팹리스(반도체 설계) 고객이 아이디어만 가져오면 반도체 제조를 일괄 수행할 수 있다는 삼성전자의 '턴키(Turn-Key)' 수주 전략이 탄력을 받을지 주목된다. 삼성전자는 이를 통해 칩 개발부터 생산에 걸리는 시간을 20% 단축할 방침이다.
이어 2027년 CPO(광학소자) 기술까지 접목한 통합 AI 솔루션도 선보일 예정이다. 구리 배선 등 전자소자의 사용을 줄이고 CPO 기반 광(光) 모듈을 한 기판 위에 적용하는 기술이다. 이를 통해 반도체 칩의 소모 전력을 더 줄이고, 데이터 처리 속도는 배가할 수 있다.
